10 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

История изобретения технологии электроэрозионной обработки металлов, область применения и типы станков

Содержание

Технология электроэрозионной обработки металлов

Электрическая эрозия — это явление переноса вещества электрическими разрядами. Электроэрозионными называются станки, использующие это свойство для обработки заготовок из электропроводящего материала.

В 1938 году советский инженер Л. А. Юткин разработал метод электроискровой штамповки металлов. В 1943 году советские ученые Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко предложили использовать электрические разряды в воздушном промежутке для формообразования и получили патент на изобретение. Таким образом, приоритет в создании технологии электроэрозионной обработки принадлежит советским ученым.

Первый электроэрозионный прошивочный станок производства швейцарской фирмы SHARMILLES TECHNOLOGIES появился на рынке в 1952 г. Первый электроимпульсный станок с числовым программным управлением выпустила швейцарская же фирма AGIE в 1969 году.

Сущность электроэрозионного метода

При обработке электроэрозией заготовка и инструмент присоединяются к разным полюсам источника постоянного тока. Предмет у положительного полюса становится анодом, у отрицательного — катодом. Между ними пропускаются короткие импульсы, вызывающие искровой разряд. Меняя длительность импульсов, можно добиться, чтобы преобладала эрозия катода или анода. Энергия импульсов ограничена, что позволяет избежать перегрева заготовки и добиться очень высокой точности манипуляций.

Как правило, в качестве инструмента применяется проволока, что во много раз уменьшает стоимость по сравнению с механическими станками. К инструменту не прилагается больших усилий, его износ минимален.

Поскольку при эрозии происходит перенос материала, можно не только убирать объем, но и наращивать, восстанавливать поверхность и получать рельефные оттиски. Появляется возможность обработки заготовок из сверхтвёрдых материалов, для которых нельзя подобрать механический режущий инструмент.

Преимущества и недостатки

Любой метод имеет свои сильные и слабые стороны. Основные достоинства технологии:

  1. Произвольная форма инструмента, возможность исполнения закрытых каналов и полостей.
  2. Позволяет работать с любым материалом-проводником.
  3. Высокая степень автоматизации, малая вероятность брака из-за человеческого фактора.
  4. Точность обработки и повышенное качество получаемой поверхности в сравнении с механическим способом.

При всех своих достоинствах метод имеет и весьма серьезные недостатки. Два основных минуса таковы:

  1. Низкая скорость электроэрозионной обработки. В современных станках скорость движения инструмента не превышает 10 мм в секунду.
  2. Очень большое потребление электроэнергии.

По совокупности параметров электроэрозия превосходит многие традиционные методы металлообработки, а в некоторых случаях не имеет альтернативы. На сегодня сфера использования электроэрозии весьма обширна.

Области применения электроэрозионной обработки

Большим плюсом технологии является то, что на одном и том же устройстве можно выполнять самые разные операции. Электроэрозия применяется для следующих операций:

  • резки металла;
  • сверления;
  • фрезеровки;
  • шлифовки;
  • упрочнения;
  • восстановления поверхности;
  • гравировки;
  • копирования ;
  • напыления.

При традиционных методах для выполнения этих работ необходимо использовать несколько разных типов станков.

Типы оборудования для электроэрозии

В промышленности применяют два вида эрозионных станков — проволочный вырезной и прошивочный, принципиальное отличие которых заключается в технологии.

Проволочно-вырезной станок

В качестве инструмента используется очень тонкая, диаметром всего 0,1- 0,2 мм, проволока из тугоплавкого материала, обычно вольфрама или молибдена. Проволока намотана на барабаны и при движении вдоль поверхности заготовки вырезает линии по заданному контуру.

Проволочно-вырезной станок выполняет функции фрезерного оборудования. Однако точность получается намного выше, чем при традиционной механической обработке, в том числе при работе с металлами особой прочности.

Электроэрозионные прошивные станки

Прошивочные станки выпускаются как в стационарном, так и в настольном исполнении. В качестве рабочего инструмента служит электрод заданной формы. Углубление или отверстие в заготовке копирует форму электрода. На таких станках обрабатывают:

  • сталь нержавеющих, инструментальных и закаленных марок;
  • титан и прочие электропроводные материалы.

На таких станках получают глубокие отверстия очень малого диаметра или сложной формы. С помощью метода электроэрозии можно получать очень точные копии пресс-форм, штампов или иных деталей. Электрод, который в этом случае служит шаблоном, изготавливается из податливого материала, например, графита или меди. Меняя полярность подключения заготовки, можно получить на ее поверхности углубления или выпуклый рельеф с оттиском электрода.

Одной из самых трудоемких операций является нарезка резьбы в тугоплавких и особо прочных материалах. Движением электрода внутри отверстия в этом случае управляет станок с ЧПУ.

Электроэрозия — современный высокотехнологичный метод обработки металлов. Электроэрозионные станки приходят на замену традиционным механическим там, где необходима высокая точность, создание поверхностей или полостей сложной конфигурации, работа с заготовками из особо прочных металлов, легированных и закаленных сталей.

Технология электроэрозионной обработки металлов

Чтобы изменять размеры металлических деталей без каких-либо изменений их физических свойств, используется [электроэрозионная обработка], выполнение которой требует наличия специального оборудования и хорошего знания соответствующих технологий.

Электроэрозионная обработка металлов, помимо изменения размеров различных деталей, дает возможность также получить отверстия требуемой формы и конфигурации, сделать при необходимости фасонные полости, а также изготовить профильные канавки и пазы на тех заготовках, которые созданы на основе твердых сплавов.

Читать еще:  Профильные оцинкованные трубы: особенности производства, где используют, классификация и преимущества

На видео в статье наглядно показано, как проводится данный вид обработки и какие проблемы могут возникнуть в процессе.

Кроме этого, данный метод дает возможность сделать различный инструмент более прочным, позволяет про
>изводить качественное электропечатание, высокоточное шлифование, выполнять резку деталей, а также многое другое.

Простейшая схема, при которой возможна обработка, в обязательном порядке содержит определенный электрод, состав, который подходит для выполнения электрического разряда, а также такие элементы, как конденсатор, реостат и непосредственно сам источник питания.

Выполнять данный вид обработки металлических деталей следует при полном соблюдении соответствующих правил по технике безопасности.

Основной принцип работы

Для того чтобы на практике выполнить данный вид обработки, необходимо, для начала, правильно собрать в единую цепь все необходимые элементы, а также выполнить предварительную подготовку деталей, с которыми предстоит работать.

В настоящее время на промышленных предприятиях используют несколько видов электроэрозионной обработки металлических деталей.

Следует отметить, что одним из главнейших элементов в схеме, по которой выполняется электроэрозионная обработка, является электрод, который должен обладать достаточной эрозионной стойкостью.

В этом случае целесообразно использовать в качестве электрода такие металлы, как медь, графит, вольфрам, а также латунь и алюминий.

Если посмотреть со стороны химии, то данный метод термического воздействия непосредственно на металл определенным образом разрушает его кристаллическую решетку, за счет чего происходит высвобождение некоторых категорий ионов.

Достаточно часто для обработки металла используют электроимпульсный и электроискровой методы. Кроме этого, можно встретить так же электроконтактный и анодно-механический способы. Более детально об этом смотрите в видео в статье.

В том случае, когда для металлических деталей требуется черновая обработка, как правило, используется электроимпульсная схема обработки.

В этом случае при проведении необходимых работ температура вырабатываемых импульсов может подниматься до пяти тысяч градусов по Цельсию. Это позволяет увеличить такой параметр, как производительность.

При необходимости выполнить данный тип обработки заготовок с небольшими габаритами и размерами, целесообразно использовать электроискровой способ.

В свою очередь, при работе со сплавами в жидкой среде, в большинстве случаев применяют электроконтактную обработку.

Следует отметить, что те свойства, которые приобретает металл после того, как будет произведена такая обработка, могут совершенно по-разному сказаться на эксплуатационных характеристиках деталей.

В большинстве случаев, под воздействием высоких температуры и токов у обрабатываемых деталей значительно повышается прочность, притом, что в самой структуре сохраняется мягкость.

Типы используемого оборудования

Как известно, существуют самые разные методы и способы обработки поверхностей металлов, при этом данный вид является более эффективным, чем механические.

Связано это главным образом с тем, что тот инструмент, который используется для проведения механических типов обработки, стоит гораздо дороже, чем проволока, которая применяется при электроэрозионной обработке.

На промышленных предприятиях для электроэрозионной обработки самых разных деталей используется специальное оборудование.

В том случае, когда необходимо изготовить пресс-формы и детали со сложной формой, а также при производстве некоторых материалов, к которым применяются высокие требования к точности обработки, используют проволочно-вырезные электроэрозионные агрегаты.

Как правило, на таком типе оборудования изготавливают самые разные детали для самолетов, электроники и даже космической сферы.

На видео, которое размещено ниже, можно увидеть, как проводится такая обработка с использованием электроэрозионного оборудования.

Для массового и серийного производства деталей по данному методу в большинстве случаев используют копировально-прошивочные агрегаты.

Такие станки позволяют получить достаточно точные сквозные контуры, а также мелкие отверстия, что успешно используется при производстве сеток, а также штампов в инструментальной сфере промышленности.

Как правило, оборудование данного типа подбирается, исходя из поставленных задач, а также финансовой окупаемости. Следует отметить и то, что электроэрозионную обработку относят к сложным и достаточно трудоемким рабочим процессам.

Ее невозможно провести в домашних условиях своими руками. К работе на станках для данного вида обработки деталей допускаются только квалифицированные и аттестованные люди, которые имеют соответствующий опыт работы в данной сфере.

При выполнении электроэрозионной обработки необходимо не только соблюдать технику безопасности, но и обязательно надеть спецодежду.
Видео:

Преимущества обработки

Электроэрозионное воздействие на металл должно выполняться только на специальном оборудовании и под присмотром квалифицированного человека, который имеет соответствующий допуск.

Несмотря на то, что данный способ делает заготовку более качественной и точной, все же на промышленных предприятиях больше всего распространена механическая обработка металлических поверхностей.

В этом случае следует отметить все основные преимущества электроэрозионного воздействия на различные типы заготовок.

В первую очередь, при использовании данного метода удается добиться высочайшего качества поверхности металла, она становится однородной и максимально точной.

Следует отметить и то, что в этом случае необходимость в проведении финишной обработки полностью исключается. Кроме этого, данный метод дает возможность получать на выходе поверхность с самой разной структурой.

К достоинствам электроэрозионного воздействия следует отнести и возможность работать с поверхностью практически любой твердости.

Также при данном методе полностью исключается деформация поверхности у деталей с небольшой толщиной.

Это происходит по причине того, что метод не предполагает какой-либо механической нагрузки. При данном способе воздействия на металлическую поверхность рабочий анод имеет минимальный износ.

Следует отметить и то, что электроэрозионное воздействие позволяет получить при минимальных усилиях поверхности самых разных конфигураций и геометрических форм.

Еще одним достоинством данного процесса является полное отсутствие шума во время работы на специальном оборудовании.

Конечно, есть и свои проблемы такого воздействия на металлическую деталь, однако они не сильно сказываются на ее эксплуатационных свойствах.

Электроэрозионный станок, используемый для обработки различных металлов, можно увидеть на видео, которое размещено ниже.

Читать еще:  Устройство повышающего трансформатора напряжения

Технология обработки

Для того чтобы досконально разобраться во всех преимуществах электроэрозионного воздействия на металлические заготовки и понять сам принцип, необходимо подробно рассмотреть один из способов.

Так, простейшая электроэрозионная схема должна в обязательном порядке состоять из таких элементов, как электрод, емкость для рабочей среды, а также конденсатора, реостата и непосредственно источника, обеспечивающего необходимое электропитание.

В данную схему должны быть включены все необходимые элементы в определенной последовательности. Питание данной схемы осуществляется от напряжения импульсного типа, при этом оно должно иметь разную полярность.

Это даст возможность получить необходимые для работы электроимпульсный и электроискровый режимы.

При подаче напряжения идет зарядка конденсатора, от которого разрядный ток поступает на электрод, который должен быть предварительно опущен в емкость с рабочим составом и заготовкой.

После того, как на конденсаторе напряжение достигнет необходимого потенциала, произойдет пробой жидкости, которая быстро нагреется до температуры кипения, а кроме этого, в ней возникнет пузырь из газов.

Этот пузырь будет способствовать локальному нагреву заготовки, у которой произойдет плавление самых верхних слоев, что позволит обеспечить заданную форму.

В данном способе есть определенные проблемы, которые требуют постоянного контроля самого процесса, а поэтому лучше воспользоваться более совершенными методами.

На видео выше показана обработка, проводимая на профессиональном оборудовании.

Электроэрозионная обработка металла

Электроэрозионную обработку металла достаточно широко применяют для изменения размеров металлических деталей, не нарушая их физических свойств. Такой процесс осуществляется при помощи специального оборудования и требует хорошего знания необходимых технологий.

Кроме того, такая обработка дает возможность получить отверстия нужной формы и конфигурации, при необходимости – сделать фасонные полости, и изготовить профильные пазы и канавки на заготовках, созданных на основе твердых сплавов.

Такое электроэрозионное воздействие делает различные инструменты гораздо прочнее, обеспечивает производство качественного электропечатания, высокоточного шлифования, осуществлять резку деталей и многое другое. Выполняется обработка при полном соблюдении всех необходимых правил техники безопасности.

Принцип работы

Перед тем как приступить к выполнению этого вида обработки, необходимо вначале правильно собрать все требуемые элементы в единую цепь и предварительно подготовить детали, которые понадобятся для работы. На сегодняшний день промышленные предприятия используют разные виды электроэрозионного воздействия.

Нужно отметить, что важнейшим элементом в схеме, необходимой для выполнения электроэрозионной обработки, является электрод, который должен иметь достаточную эрозионную стойкость. В этом случае в качестве электрода можно использовать такие металлы, как:

С точки зрения химии, такой метод термического воздействия на металл способствует разрушению его кристаллической решетки, благодаря чему высвобождаются некоторые категории ионов.

Довольно часто, чтобы обработать металл, применяют электроискровой и электроимпульсный методы. Также встречаются электроконтактный и анодно-механический способы.

Если для деталей из металла потребуется черновая обработка, то обычно применяют электроимпульсную схему. При этом во время работ температура вырабатываемых импульсов может достигать 5 000 градусов. Это увеличивает такой параметр, как производительность.

Если требуется обработать заготовки с небольшими размерами и габаритами, то в основном используется электроискровой способ.

Электроконтактная обработка применяется при работе со сплавами, осуществляемой в жидкой среде. Необходимо отметить, что приобретенные свойства металла после такого воздействия могут по-разному отразиться на эксплуатационных характеристиках деталей.

Практически всегда из-за воздействия токов и высоких температур у обрабатываемых деталей очень сильно повышается прочность, а в самой структуре сохраняется мягкость.

Виды используемого оборудования

Известно, что существуют разнообразные способы и методы обработки поверхностей металлов, и такой вид считается более эффективным, чем механический. В основном это связано с тем, что применяемый для проведения механической обработки инструмент стоит значительно дороже, чем проволока, используемая при электроэрозионной обработке.

Промышленные предприятия для электроэрозионной обработки металла применяют специальное оборудование, такое как:

  • проволочно- электроэрозионное;
  • копировально-прошивочное.

Если возникает необходимость изготовить детали со сложной формой и пресс-формы, а также для производства некоторых материалов с высокой точностью обработки, применяют проволочно- электроэрозионные агрегаты. Чаще всего такое оборудование используется для изготовления различных деталей для электроники, самолетов, и даже космической сферы.

Копировально-прошивочные агрегаты в основном применяются для серийного и массового производства деталей. Благодаря таким станкам получаются довольно точные сквозные контуры и мелкие отверстия, что с успехом используется при изготовлении сеток и штампов в инструментальной промышленной сфере. Такое оборудование подбирают, ориентируясь на поставленные цели и финансовую окупаемость. Электроэрозионная обработка металла считается сложным и довольно трудоемким рабочим процессом.

Такие работы невозможно выполнить в домашних условиях. Выполнять работы на станках для обработки деталей имеют право только аттестованные и квалифицированные специалисты, имеющие достаточный опыт работы в этой сфере.

Выполняя электроэрозионную обработку, не стоит забывать о технике безопасности и использовании спецодежды.

Преимущества электроэрозионной обработки

Такие работы должны осуществляться только на специальном оборудовании под обязательным присмотром квалифицированного специалиста, имеющего соответствующий допуск. Хотя такой способ делает заготовку более точной и качественной, промышленные предприятия предпочитают применять механическую обработку металла.

Поэтому необходимо отметить основные достоинства электроэрозионного воздействия на разнообразные виды заготовок.

Используя такой метод, практически всегда удается добиться самого высокого качества поверхности металла, в результате чего она становится максимально точной и однородной. При этом полностью исключается необходимость проведения финишной обработки. Также этот метод гарантирует получение на выходе поверхности разнообразной структуры.

Также к достоинствам электроэрозионной обработки металла относят возможность осуществлять работу с поверхностью любой твердости.

Электроэрозионное воздействие полностью исключает возникновение деформации поверхности у деталей, имеющих небольшую толщину. Это возможно из-за того, что при таком методе не возникает никакой механической нагрузки, а рабочий анод имеет минимальный износ. Кроме того, электроэрозионная обработка способствует получению поверхности разнообразных геометрических форм и конфигураций при минимальных усилиях.

Читать еще:  Бульдозер катерпиллер д 6 технические характеристики

Также к преимуществам такого процесса относят полное отсутствие шума при работе на специальном оборудовании.

Конечно, есть и недостатки при электроэрозионном воздействии на деталь из металла, но на ее эксплуатационных свойствах сказываются они несущественно.

Технология обработки

Чтобы до конца выяснить все преимущества электроэрозионной обработки и понять принцип воздействия на металлическую заготовку, следует более подробно рассмотреть следующий пример.

Итак, простая электроэрозионная схема должна обязательно состоять из следующих элементов:

  • электрод;
  • конденсатор;
  • емкость для рабочей среды;
  • реостат;
  • источник, обеспечивающий электропитание.

Питание этой схемы обеспечивается напряжением импульсного типа, которое должно иметь разную полярность. Благодаря этому можно получить электроискровый и электроимпульсный режимы, которые требуются для работы.

Во время подачи напряжения осуществляется зарядка конденсата, от которого на электрод поступает разрядный ток. Этот электрод заранее опускают в емкость с заготовкой и рабочим составом. Как только на конденсаторе напряжение достигнет нужного потенциала, происходит пробой жидкости. Она начинает очень быстро нагреваться до температуры кипения, а также в ней возникает пузырь из газов, который способствует локальному нагреву заготовки. В свою очередь, у заготовки происходит плавление самых верхних слоев, что обеспечивает получение необходимой формы.

Заключение

Современные станки для электроэрозионной обработки призваны выполнять как массовые, так и единичные задачи эстетического (декорирование, шлифовка и т. п.) и практического (формирование пазов, перфорация сквозных и глухих отверстий, заточка режущего инструмента) характера. Себестоимость обработки на таком оборудовании значительно ниже аналогичного показателя, который характерен для металлорежущих станков.

Электроэрозионный станок: область применения и принцип работы

Если раньше электроэрозионный станок был редкостью, то сегодня таким оборудованием уже никого не удивить. Под электроэрозией понимают разрушение межатомных сил взаимодействия в металлах под воздействием электрического заряда. Своим появлением электроэрозионный станок обязан разработкам советских ученых Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко. Такое оборудование является универсальным. Оно позволяет обрабатывать и придавать форму любым маркам металлов и сплавов. Причем твердость обрабатываемого материала не имеет никакого значения. Возможность обрабатывать любые материалы является одним из основных преимуществ электроэрозионной обработки перед традиционной обработкой резанием.

Принцип работы электроэрозионного станка

При ознакомлении с принципом работы подобного оборудования у многих возникает ассоциация с электродуговой сваркой. И это вполне логично. Ведь для протекания эрозионных процессов необходимо получить электрический разряд. С этой целью между электродами создается разница потенциалов. Одним из электродов при этом служит обрабатываемое изделие, а вторым – электрод станка.

Когда электрод приближается к заготовке на критическое расстояние, то происходит так называемый пробой. Иными словами, электроны совершают работу выхода и устремляются по воздуху к катоду (обрабатываемой заготовке).

Электроны, соударяясь с поверхностью обрабатываемого изделия, в считаные доли секунды разогревают его до невероятно больших температур (10 000 и более градусов по Цельсию). Температура плавления даже самых тугоплавких материалов в разы меньше. Таким образом, слой металла моментально испаряется, образуются углубления по форме рабочего инструмента электроэрозионного станка.

Зачем нужен электролит?

Для усиления эффекта анод и катод помещаются в диэлектрический раствор. В качестве такового может быть использован керосин. Однако он может в любой момент воспламениться. Поэтому предпочтение следует отдавать специальным минеральным маслам. Масло тоже может гореть, однако температуры вспышки значительно выше, чем у керосина. Кроме того, керосин источает вредные для производственного персонала пары.

Диэлектрическая жидкость сильно нагревается и образует так называемую паровую рубашку (мелкие воздушные пузырьки). Именно по воздуху, заключенному в диэлектрическую жидкость, и протекает ток (направленное движение электронов). Это позволяет концентрировать поток электронов и усиливать полезный эффект.

Влияние обработки на прочностные характеристики обработанной поверхности

После обработки химический состав и концентрация различных элементов в приповерхностном слое заготовки несколько изменяются. Например, может повыситься концентрация углерода. Кроме того, поверхностный слой может легироваться элементами, которые содержались в расплавленном электроде. Подбором электродов можно осуществлять легирование поверхности такими элементами, как алюминий, цинк, хром, никель, вольфрам и другие. В зависимости от условий последующей эксплуатации детали, это может играть как положительную, так и отрицательную роль.

Достоинства электроэрозионной технологии и оборудования

Одним из основных достоинств данной технологии является очень высокая точность обработки изделий. Это обусловило широкое применение электроэрозионной технологии в таких отраслях, как военная промышленность, точное машиностроение, а также в производстве медицинских изделий ответственного назначения.

Дефицит производственных площадей – одна из главных проблем современных машиностроительных компаний. Электроэрозионные станки, как правило, довольно компактны и позволяют частично разрешить эту проблему. Таким образом, компактность оборудования также является неоспоримым преимуществом станков данного типа.

Устройство электроэрозионного станка

Существует множество типов станков. Однако вышеописанные принципы работы справедливы абсолютно для каждого из них, будь то электроэрозионный прошивной станок или станок для электроискровой обработки.

Может показаться, что данное технологическое оборудование является невероятно сложным и дорогостоящим. Дорогостоящим, возможно. Особенно если станок произведет именитым брендом. Однако сам принцип работы оборудования довольно прост. В Сети появилось множество видеороликов, в которых умельцы воспроизводят эти процессы. Причем они собирают электроэрозионные станки своими руками в условиях домашних любительских мастерских.

Сам станок, как и любой другой станок для обработки металлов и других материалов, включает станину (основание), ванну для электролита, шпиндельную головку, пульт управления для оператора (это может быть и полноценная система числового программного управления), различную автоматику. Это основные компоненты. Отдельные станки могут дополнительно оснащаться системой фильтрации электролита и другими устройствами.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector